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Componentes del sistema de
refrigeracinIng. Ramrez Mittani A.
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Sistema de refrigeracin por compresin de vapor
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Componentes principales
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Compresor Funcin principal
Representa el corazn del sistema. Su funcin es aumentarla presin de evaporacin hasta la presin de condensacin.
Funciones secundarias Proporcionar energa para que el refrigerante circule a travs
de tuberas
Vencer la resistencia de friccin
El diferencia de presin desarrollado permite la expansinsbita en la vlvula de expansin, causando la cada detemperatura
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Clasificacin De acuerdo al grado de hermeticidad
Hermetico
Semihermetico
Abierto
De acuerdo al diseo Reciprocos
Rotativos
Tornillo
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Compresor hermtico Caractersticas
El sistema motriz elctrico y el sistema mecnico decompresin esta englobado dentro de una carcaza de fierro
No necesita sello No hay posibilidad de fuga del refrigerante o contaminacin de
aire cuando opera en vaco
Reduccin de la vibracin
Desventaja Baja disipacin de calor
Aplicacin: Domestica y comercial (1/12 HP hasta 30 HP)
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Compresor semi hermtico Caractersticas
Similares a los hermticos
Diferencia Aplicacin: Domestica y
comercial (1/3 HP hasta 80 HP)
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Compresor abierto Es el tipo empleado en instalaciones medias y pequeas en
el campo de la refrigeracin industrial y comercial
Caractersticas Pequeos desplazamientos volumtricos
Gran relacin de compresin
Diferencia
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Compresor alternativo Mayormente utilizado en aplicaciones domesticas,
comerciales pequeas y unidades industriales decondensacin
Funcionamiento
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Componentes Carter
Eje
Pistones
Bielas Plato de vlvulas
Disco
compuerta
Vlvulas de alta y baja
Volante o polea
Vi t l i d d bi t
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Vista explosionada de un compresor abierto
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Compresor rotativo Caractersticas
Unidad de desplazamiento positivo.
Puede trabajar a mayor vaco que el compresoralternativo
Tipos Pistn rodante
De paletas
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Compresor de tornillo Caractersticas
Masivo desplazamiento de los
compresores de mediana y gran potencia Reduccin de tamao
Flujo continuo
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B. Temperatura de Condensacin: La temperatura decondensacin del refrigerante al igual que la de evaporacinse hallar por:
TCONDENSACIN = T DEL MEDIO REFRIGERANTE + T
El T depender de la aplicacin del compresor
Aplicacin del Compresor T del Condensador
Alta Presin de Succin(Alta Temperatura se Evaporacin)
25 F 14 C
Mediana Presin de Succin(Mediana Temperatura deEvaporacin)
20 F 11 C
Baja Presin de Succin
(Baja Temperatura de Succin) 15F 8 C
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Metodologa de calculo 1. Determinar la temperatura de evaporacin, C
2. Determinar la temperatura de condensacin, C
3. Trazar el diagrama del ciclo de refrigeracin 4. Hallar la presin de evaporacin
5. Hallar la presin de condensacin
6. Realizar la comparacin de refrigerantes Propiedades termodinmicas
Disponibilidad comercial
Bajo impacto ambiental (ODP, GWP)
P i d d t di i
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Propiedades termodinmicas
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Ejercicio 1
Determinar la factibilidad de utilizar refrigerante R-22 oR404A para un sistema que tiene las siguientes
particularidades: Evaporador con ventilador
Sistema de baja temperatura de evaporacin
Temperatura de la cmara: -20C
Temperatura ambiente: 24 C
Presin atmosfrica: 0.87 bar
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Calculo de compresores Requisitos
A. Aplicacin
B. Condiciones de Arranque
APLICACIN USO
Alta Presin de Succin(Alta Temperatura se Evaporacin)
Aire AcondicionadoEnfriadores de Agua
Mediana Presin de Succin(Mediana Temperatura de Evaporacin)
Exhibidoras de Botellas
Baja Presin de Succin
(Baja Temperatura de Succin) Refrigeradoras
Congeladoras
CONDICIONES DE ARRANQUE DISPOSITIVO DE EXPANSION
Alto Par de Arranque(Con Capacitor)
Vlvula de Expansin
Bajo Par de Arranque(Sin Capacitor)
Tubo Capilar
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C. Potencia Frigorfica: La potencia frigorfica es la cargade refrigeracin cuyo mtodo de clculo ya se expuso
D.Temperatura de Evaporacin: La temperatura deevaporacin del refrigerante se halla de la siguiente
manera.
El T depender si el evaporador tiene o no ventiladores osi la transferencia de calor es por conveccin natural oconveccin forzada.
T T TEVAPORACION CAMARA
HumedadRelativa
T Del Evaporador
% Conveccin Natural Conveccin Forzada
95 - 91 12 - 14 F 6.6 - 7.7 C 8 - 10 F 4.4 - 5.5 C
90 - 86 14 - 16 F 7.7 - 8.8 C 10 - 12 F 5.5 - 6.6 C
85 - 81 16 - 18 F 8.8 - 10 C 12 - 14 F 6.6 - 7.7 C
80 - 76 18 - 20 F 10 - 11 C 14 - 16 F 7.7 - 8.8 C
75 - 70 20 - 22 F 11 - 12 C 16 - 18 F 8.8 - 10 C
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E. Temperatura de Condensacin: La temperatura decondensacin del refrigerante al igual que la de evaporacinse hallar por:
TCONDENSACIN = T AMBIENTE + T
El T depender de la aplicacin del compresor
Aplicacin del Compresor T del Condensador
Alta Presin de Succin(Alta Temperatura se Evaporacin)
25 F 14 C
Mediana Presin de Succin(Mediana Temperatura deEvaporacin)
20 F 11 C
Baja Presin de Succin
(Baja Temperatura de Succin) 15F 8 C
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Metodologa de calculo 1. Trazar el diagrama del ciclo de refrigeracin
2. Hallar las entalpas de cada estado del ciclo hallado
3. Calcular el efecto refrigerante 4. Calcular la carga de refrigeracin Qb
5. Calcular el flujo del refrigerante.
6. Halla la eficiencia volumtrica v del siguiente grafico
Aqu Tc = Tem. Condensacin K
To = Tem. Evaporacin K
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7. Hallar el Volumen admitido por el compresor. Va, m3/s
8. Hallar el volumen desplazado por el compresor, m3/s
donde:
Ncil: nmero de cilindros del compresor.
D: dimetro del cilindro, m
N: RPM. del compresor.L: carrera del pistn, m
Aproximadamente: L/D=0.8-1
9. Calcular la potencia del compresor, kW:
Se aconseja dejar un margen de 30% por seguridad.
V m vA succion
V
A
DVV
V ND
LN
D cil
. 24 60
m
hhm
Wc
)12(
m
hhm
Wc
)12(30,1
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Ejercicio 1Seleccione el compresor y Determine las caractersticas delcompresor alternativo, adecuado para una instalacin cuya potenciafrigorfica es de 18 Kw; dicho sistema tiene una temperatura decmara de 0C y =70 % de humedad relativa y usa refrigeranteR-22. El condensador estar instalado en un ambiente donde latemperatura promedio es de 36 C.Para una frecuencia de : 50 Hz 60 Hz
Ejercicio 2:Seleccione la Unidad de Condensacin adecuado para unainstalacin cuya potencia frigorfica es de 7 Kw; dicho sistema tieneuna temperatura de cmara de20C y =70 % de humedadrelativa y usa refrigerante R507.La unidad estar instalado en unambiente donde la temperatura promedio es de 38 C.Para una frecuencia de : 60 Hz 50 Hz
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Ejercicio 3
Un compresor BitzerFrigor de la serie S abierto (II-s)con una polea del motor elctrico de 125 mm y 1720
RPM, la polea del compresor de 260 mm, el dimetrodel pistn es de 40 mm y su carrera es de 30 mm, segndatos del catalogo del fabricante. Cul es eldesplazamiento terico total si es de dos cilindros?
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Seleccin de un compresor Metodologa de calculo
1. Estimar la carga total de refrigeracin (capacidad)
2. Determinar la temperatura de evaporacin 3. Determinar la temperatura de condensacin
4. Hallar la temperatura ambiente
5. Seleccionar el modelo de la unidad compresora
Nomenclatura del compresor
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Nomenclatura del compresor
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LUBRICACION A UTILIZAR SEGN EL TIPO DE COMPRESOR
Tabla para la seleccin de una unidad compresora
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Tabla para la seleccin de una unidad compresora
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Ejercicio Seleccionar el modelo de una unidad compresora
que tiene las siguientes condiciones de trabajo carga total de refrigeracin: 8 kW
Temperatura de la cmara: -20C
Temperatura ambiente: 24 C
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Condensadores Son dispositivos empleados para remover el calor del vapor
refrigerante que sale del compresor, de manera que elrefrigerante se enfre y condense a su estado liquido.
El proceso se realiza en 3 etapas 1. los vapores ceden calor de recalentamiento y reducen su
volumen y temperatura, hasta llegar a la condicin de vaporsaturado
2. Transformacin de la fase gaseosa al liquido, liberando el calor
latente 3. Enfriamiento del liquido a una temperatura mas baja que la de
saturacin
Tipos Condensador enfriado por agua
Condensador enfriado por aire Condensador evaporativo
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Condensadores enfriados por agua Particularidades
Permiten menores presiones y temperaturas de
condensacin Tipos
Condensador de tubo en tubo o doble tubo
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Condensador de casco y serpentn
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Condensador de casco y tubos
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Condensadores enfriados por aire
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Condensadores evaporativos Particularidades
Enfriado por aire es ineficiente
No disponibilidad de agua
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SELECCIN DEL CONDENSADOR :
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SELECCIN DEL CONDENSADOR :DatosPara proceder a la Seleccin de un tipo de Condensadorde entre los disponibles que podamos encontrar en los
catlogos de los fabricantes, debern tenerse en cuentalas condiciones en las que va a trabajar.Es preciso conocer los siguientes datos: Potencia del compresor en BTUH Tipo de Compresor : Abierto, Semihermtico o Hermtico
Temperatura de Cmara F Temperatura Ambiente F Tipo de Refrigerante Altitud de la Instalacin en Pies
Metodologa
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Metodologa1. Determinar la temperatura de Evaporacin adecuada para la
humedad relativa deseada.2. Determine la temperatura de Condensacin para la respectiva
aplicacin del Compresor.3. Determine el Factor F1 para el tipo de compresor (Abierto - Tabla 1,
Hermtico o Semiermtico - Tabla 2)4. Determine el Factor F2 para la correccin por altura (Tabla 3)5. Determine el Tdiseo entre el Medio Ambiente y el refrigerante del
condensador F
Tdiseo =T.Condensacin - T. Ambiente6. Determine la Potencia Unitaria del Condensador para un T de 1F. Dicha Potencia se calcular por la siguiente Frmula:
Pot. Unitaria calculada = PotCompresorx F1 x F2TDISEO
7. Con la Potencia Unitaria y el tipo de refrigerante Seleccione el
Modelo del Condensador Marca YorK (Tabla 4).8. Determine la Potencia para el TdiseoPot Tdiseo = Pot. Unitaria calculada x Tdiseo
9 Determine el T de trabajo para el condensador seleccionado
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9. Determine el Tactual de trabajo para el condensador seleccionadoTactual = PotTdiseo
Pot. Unitaria catlogo
10. Determine la temperatura de Condensacin actualTcond. =Tambiente + Tactual
Ejercicio 1:Seleccionar el Condensador, si se conoce los siguientes datos:
Potencia del compresor 250000 BTUH Tipo de Compresor : Abierto Temperatura de Cmara 32 F Temperatura Ambiente 95F Tipo de Refrigerante R22 Altitud de la Instalacin 3000 Pies
Humedad relativa del aire en la cmara 70%.
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DISPOSITIVO DE EXPANSIN
Encargado de expandir el fluidorefrigerante caliente desde lascondiciones de condensacin(alta presin) a las deevaporacin (baja presin).
Pueden ser: Tubo capilar Vlvula de expansin
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Tubo capilar
La cada de presin seorigina al pasar elrefrigerante por un tubo largode reducido dimetro.
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Vlvula de expansin termosttica - VET
Regulan la inyeccin delrefrigerante liquido en losevaporadores. Se controla enfuncin del recalentamiento delrefrigerante.
Partes
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Tipos de vlvulas de expansin termostticas
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Tipos de vlvulas de expansin termostticas Vlvula de expansin con ecualizador interno
Recalentamiento
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Vlvula de expansin con ecualizador externo El ecualizador interno no permite neutralizar el efecto nocivo de
perdidas de la carga
Montaje de la vlvula con ecualizador externo
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Montaje de la vlvula con ecualizador externo
Di t ib id d li id
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Distribuidor de liquido El empleo de vlvulas con ecualizador externo:
Permite la alimentacin normal de los evaporadores
No elimina, ni disminuye la influencia perjudicial sobre elrendimiento global del compresor
El uso de un distribuidor de liquido: Reduce el efecto de cada de presin
El dispositivo incorpora tantos orificios de salida comosecciones se tienen que alimentar en el evaporador
Vl l d i l t i
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Vlvulas de expansin electrnica Estas vlvulas estn concebidas para asegurar un llenado
ptimo del evaporador con un recalentamiento mnimo y estable,cualesquiera que sean las condiciones de funcionamiento.Permiten, adems, una mejora en el consumo de energa
SELECCIN DE LA VALVULA DE EXPANSION
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SELECCIN DE LA VALVULA DE EXPANSION :
Para proceder a la seleccin de la vlvula de expansines preciso conocer los siguientes datos:
potencia frigorfica en kw tipo de refrigerante
temperatura de cmara
temperatura ambiente
grado de subenfriamiento
Metodologa
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Metodologa1. Determine la temperatura de evaporacin adecuada para la
humedad relativa deseada
2. Determine la temperatura de condensacin para la respectivaaplicacin del compresor .
3. Con la temperatura de evaporacin, determine la presin deevaporacin (Pe)
4. Con la temperatura de condensacin, determine la presin de
condensacin (Pc)5. Estime la prdida de presin en tuberas y accesorios,generalmente se toma el valor de 2 bar
6. Calcule la cada de presin a travs de la vlvula:
P = Pc Pe - 27. Calcule la capacidad frigorfica de seleccin si hay
subenfriamiento del refrigerante:Capacidad seleccin = potencia frigorfica
factor de correccin
El factor de correccin se extrae de la tabla nmero 1 y 2.
8. Con el tipo de refrigerante, capacidad de seleccin, P de la
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8. Con el tipo de refrigerante, capacidad de seleccin, P de lavlvula, temperatura de evaporacin seleccionar el tipo de vlvula(tabla N 1 y 2)
9. Con el tipo de vlvula, gama de operacin (tabla 3),
seleccionar el elemento termosttico (tabla 4 5). 10. Con el tipo de vlvula, capacidad de seleccin, gama de
operacin, seleccionar el tipo de orificio (tabla 4).
11. Con el tipo de vlvula , nmero de orificio, seleccionar elcuerpo de la vlvula (tabla nmero 4).
Ejercicio:
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Ejercicio: Seleccionar la vlvula de expansin de un sistema de
refrigeracin, sabiendo que la potencia frigorfica es de45kw, dicho sistema tiene una temperatura de cmarade 0C y una humedad relativa del 70% y usarefrigerante R22. El condensador estar instalado enun ambiente en donde la temperatura promedio es de26C. Sabiendo que el refrigerante sale del
condensador con un subenfriamiento de 6C.
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EVAPORADOR
Es un intercambiador decalor en el que seconcentra la razn de serde un sistema derefrigeracin: retirar calordel lugar en que no esdeseado.
El refrigerante absorbecalor y consecuentemente
se vaporiza a bajastemperaturas, originando elefecto refrigerante.
Cl ifi i l t i l
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Clasificacin segn el material Evaporadores de Fe, para todos los refrigerantes
Evaporadores de Cu, para todos los refrigerantes con excepcin
de NH3 De otros metales para usos especiales: acero inoxidable,
Aluminio, Cobre con estao exteriormente. Estos ltimos para elenfriamiento de leche, vinos y productos alimenticios.
Clasificacin segn el tipo de conveccin Conveccin natural Conveccin forzada
Cl ifi i l i t d
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Clasificacin segn el sistema deevaporacin Evaporadores de expansin seca Evaporadores de tipo inundado
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Clasificacin segn su forma
Serpentn de tubo liso Serpentn de tubo con aletas
Planchas huecas
Carcaza y tubo
Carcaza y serpentin
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Diseo de evaporadores
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Diseo de evaporadores Condiciones de alta humedad
Cuartos de almacenamiento de carne fresca
Cabina de floristeria
Cuartos de almacenamiento de vegetales
Evaporadores de serpentines sobredimensionados
Aplicacin
Para mantener la temperatura del espacio refrigerado
aproximadamente a 1 C, el serpentn de gran superficienecesita una temperatura de refrigerante interna denicamente3 a - 5 C. Esto permite una temperaturaexterna del serpentn cercana a1 a 0 C, lo cual conduce auna escasa acumulacin de escarcha que desaparecerrpidamente cuando los requisitos de temperatura del
espacio se satisfagan y el compresor se apague.
Condiciones de alto fro
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Las condiciones pueden ser tales que unatemperatura extremadamente baja o un contenidode humedad del aire alrededor de la unidad deenfriamiento no sea deseable.
El periodo de parada del ciclo de la unidad derefrigeracin debe ser lo suficientemente largopara asegurar la descongelacin completa del
serpentn de enfriamiento. Si no lo es, una condicin de congelacin puederesultar en el serpentn. Si se permite que estacondicin contine el hielo puede cubrir lasuperficie entera del serpentn y desarrollar un
bloqueo completo de ste. Descongelamiento
Por agua caliente Resistencia elctrica
Circuito de vapor
SELECCIN DEL EVAPORADOR:
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Para proceder a la Seleccin de un tipo de evaporadorde entre los disponibles que podamos encontrar en los
catlogos de los fabricantes, debern tenerse en cuentalas condiciones en las que va a trabajar.
Es preciso conocer los siguientes datos: Potencia Frigorfica
Tipo de Refrigerante
Temperatura de Evaporacin
El T entre el refrigerante y la Cmara
Metodologa
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g1. En primer lugar determinar el T adecuado para la humedad
relativa deseada.2. El Catlogo de evaporadores marca Searle proporcionan la
potencia frigorfica a las condiciones de 0 C 25 C detemperatura de Evaporizacin y un valor de T nominales quepuede ser 8 7 C
3. Para otras condiciones de temperatura de Evaporizacin y T,hallar el factor de correccin de la potencia frigorficacalculadaLa potencia de catlogo se calcular:
4. Determinar si el evaporador elegido es suficiente para cubrir lasnecesidades frigorficas del proyecto determine el nmero
necesario de ellos.
Factor
PotPot
CALCULADAAFRIGORFIC
CATALOGO
Ejercicio:
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Ejercicio:
Seleccionar el evaporador con una potencia frigorficade 13000 Btu/h cuando evapora a 20 F con una T de
13 F. El refrigerante usado es R-12.
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